JP2005086906A - Method of stating variable speed generator-motor, and controller for variable speed generator-motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変速発電電動機の始動方法及び可変速発電電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a variable speed generator motor starting method and a variable speed generator motor control device.
一般に大容量の同期発電電動機を電動機として始動するには、他の始動装置が必要であり、始動装置としてサイリスタ始動装置が広く適用されている。サイリスタ始動装置は、サイリスタを用いたコンバータ,インバータから成る周波数変換器で、発電電動機の一次巻線に零から商用周波までの回転磁界を発生させ、発電電動機を始動する。可変速発電電動機の場合も基本的に同様で、二次巻線を直流励磁または一定の低周波で励磁した状態で、サイリスタ始動装置が一次巻線に回転磁界を発生させ始動する。このような技術は、例えば、特開平8−80094号公報に知られている。 In general, in order to start a large-capacity synchronous generator motor as a motor, another starter is required, and a thyristor starter is widely applied as a starter. The thyristor starting device is a frequency converter composed of a converter and an inverter using a thyristor, and generates a rotating magnetic field from zero to a commercial frequency in the primary winding of the generator motor to start the generator motor. The variable speed generator motor is basically the same as described above, and the thyristor starter generates a rotating magnetic field in the primary winding while the secondary winding is excited by direct current excitation or constant low frequency. Such a technique is known, for example, in JP-A-8-80094.
この始動方法での始動初期においては、発電電動機が発生する誘起電圧が低く、インバータのサイリスタを転流することができないため、転流タイミングでコンバータの電流を零にする断続制御が行われる。 In the initial stage of starting with this starting method, since the induced voltage generated by the generator motor is low and the thyristor of the inverter cannot be commutated, intermittent control is performed to make the converter current zero at the commutation timing.
また、発電電動機の電圧が低い状態では、点弧位相の検出ができないため、機械的に回転子の位置を検出する位置検出器が設けられる。同期機の場合は、回転子の磁極が固定であるため、回転軸に取り付けた歯型円盤と近接スイッチにより位置を検出し、インバータのサイリスタを点弧する。 Further, since the ignition phase cannot be detected when the voltage of the generator motor is low, a position detector that mechanically detects the position of the rotor is provided. In the case of a synchronous machine, since the rotor magnetic pole is fixed, the position is detected by a tooth disk attached to the rotating shaft and a proximity switch, and the inverter thyristor is ignited.
可変速発電電動機の場合は、回転子に発生する磁極が回転子の機械的位置と一致しないため、レゾルバにより検出した機械的な位置と励磁位相とから、インバータが点弧すべき位相を演算する必要がある。 In the case of a variable speed generator motor, the magnetic pole generated in the rotor does not coincide with the mechanical position of the rotor, so the phase that the inverter should fire is calculated from the mechanical position detected by the resolver and the excitation phase. There is a need.
従来の始動方法では、始動初期において、断続制御と位相検出演算を行う必要があった。このため、制御回路が複雑化し、また、電流が断続するため、始動が遅いという問題があつた。また、始動初期の点弧位相演算は高い精度が要求され、わずかにずれただけでも転流失敗等を引き起こしてしまうため、調整には多大な工数が必要であった。しかも、発電電動機を点検したとき等にも点弧位相演算回路の調整を行わねばならず、発電電動機の点検員の他にも制御装置の技術員が必要になるなど、メンテナンス工数がかかった。 In the conventional starting method, it is necessary to perform intermittent control and phase detection calculation in the initial stage of starting. For this reason, the control circuit is complicated, and the current is intermittent. Moreover, high accuracy is required for the ignition phase calculation at the start of the start, and even if it is slightly shifted, commutation failure and the like are caused. In addition, when the generator motor is inspected, the ignition phase calculation circuit must be adjusted, which requires maintenance man-hours such as requiring a controller technician in addition to the generator motor inspector.
さらに、位置検出器のわずかな特性変化等によって転流失敗してしまうことがあり、安全性にも問題があった。本発明は、始動初期の断続制御と位相検出演算を不要とすることを目的とする。 Furthermore, commutation may fail due to a slight change in the characteristics of the position detector, causing a problem in safety. An object of the present invention is to eliminate the need for intermittent control and phase detection calculation at the beginning of startup.
上記目的を達成するために、本発明では、始動初期において、可変速発電電動機の一次巻線を三相短絡した状態で、二次巻線に(例えば、励磁用周波数変換器より)所定(望ましくは所定周波数)の電力を供給することにより始動し、所定の回転状態に達したら、二次巻線への励磁を停止するとともに、三相短絡用(例えば、断路器を操作することにより短絡)を開放し、一次巻線を周波数変換器(始動用の周波数変換器)に接続して、二次巻線の励磁を直流または一定低周波の三相交流で再励磁し、一次巻線に前記始動用周波数変換器より所定周波数の電力を供給するように構成する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in the initial stage of starting, the primary winding of the variable speed generator motor is short-circuited in three phases, and the secondary winding is predetermined (desirably by an excitation frequency converter, for example). Is started by supplying power of a predetermined frequency), and when a predetermined rotational state is reached, the excitation to the secondary winding is stopped and for three-phase short-circuiting (for example, short-circuiting by operating the disconnector) Is opened, the primary winding is connected to a frequency converter (starting frequency converter), and the secondary winding is re-excited with DC or constant low-frequency three-phase AC, and the primary winding is A power is supplied from the starting frequency converter at a predetermined frequency.
或いは、始動初期において、周波数変換器(望ましくは始動用であり、コンバータ,インバータを構成する)素子を連続的に点弧し(素子は望ましくは全素子)、発電電動機の一次巻線が(具体例としては、始動用周波数変換器を介して)三相短絡された状態として、二次巻線に(例えば、励磁用周波数変換器より)電力を供給することにより始動し、所定の回転に達したら、周波数変換器(始動用の周波数変換器)の素子点弧を停止するとともに(素子は望ましくは全素子)、二次巻線への励磁を停止し、その後、二次巻線の励磁を直流または一定低周波の三相交流で再励磁し、一次巻線に前記始動用周波数変換器より所定周波数の電力を供給することにより発電電動機を始動するように構成する。 Alternatively, at the initial stage of startup, the frequency converter (preferably for starting and constituting the converter and inverter) is continuously ignited (elements are preferably all elements), and the primary winding of the generator motor (specifically As an example, with a three-phase short circuit condition (via a starting frequency converter), the secondary winding is started by supplying power (eg, from the excitation frequency converter) and reaches a predetermined rotation. Then, stop the element firing of the frequency converter (starting frequency converter) (elements are preferably all elements), stop the excitation to the secondary winding, and then the excitation of the secondary winding The generator motor is configured to be re-excited with direct current or three-phase alternating current at a constant low frequency and supplied with electric power of a predetermined frequency from the starting frequency converter to the primary winding.
ここで、上記構成を理解するために、具体的な例の動作を説明する。始動初期において可変速発電電動機の一次巻線を三相短絡した状態で、二次巻線に励磁用周波数変換器より所定周波数の電力を供給することにより始動し、所定の回転に達したら、二次巻線への励磁を停止するとともに、三相短絡用の断路器を開放し、一次巻線を始動用周波数変換器に接続して、二次巻線の励磁を直流または一定低周波の三相交流で再励磁し、一次巻線に前記始動用周波数変換器より所定周波数の電力を供給することにより発電電動機を始動する。始動初期に必要だった断続制御および位置検出演算が不要になり、制御装置が簡素化され、またメンテナンスコストの低減も図ることができる。 Here, in order to understand the above configuration, the operation of a specific example will be described. In the initial stage of startup, with the primary winding of the variable speed generator motor short-circuited in three phases, the secondary winding is started by supplying power at a predetermined frequency from the excitation frequency converter. The excitation to the secondary winding is stopped, the disconnector for the three-phase short circuit is opened, the primary winding is connected to the starting frequency converter, and the secondary winding is excited for direct current or constant low frequency The generator motor is started by re-excitation with phase alternating current and supplying power of a predetermined frequency to the primary winding from the starting frequency converter. Intermittent control and position detection calculations required at the beginning of the start are not required, the control device is simplified, and maintenance costs can be reduced.
また、始動初期において、始動用周波数変換器のコンバータ,インバータを構成する全素子を連続で点弧し、前記発電電動機の一次巻線が始動用周波数変換器を介して三相短絡された状態として、二次巻線に励磁用周波数変換器より所定周波数の電力を供給する。所定の回転に達したら、始動用周波数変換器の全素子点弧を停止するとともに、二次巻線への励磁を停止し、その後、二次巻線の励磁を直流または一定低周波の三相交流で再励磁し、一次巻線に前記始動用周波数変換器より所定周波数の電力を供給することにより発電電動機を始動する。始動初期に必要だった断続制御および位置検出演算が不要になり、制御装置が簡素化され、またメンテナンスコストの低減も図ることができる。 Further, at the initial stage of starting, all elements constituting the converter and inverter of the starting frequency converter are continuously ignited, and the primary winding of the generator motor is short-circuited through the starting frequency converter. Then, power of a predetermined frequency is supplied to the secondary winding from the excitation frequency converter. When the specified rotation is reached, all the elements of the starting frequency converter are ignited, and the excitation to the secondary winding is stopped. The generator motor is started by re-exciting with alternating current and supplying electric power of a predetermined frequency to the primary winding from the starting frequency converter. Intermittent control and position detection calculations required at the beginning of the start are not required, the control device is simplified, and maintenance costs can be reduced.
以上説明したとおり、本発明によれば、断続制御と複雑な点弧位相検出演算が不要となり、装置の簡素化が図ることができる。或いは、据付試運転時等における位相検出演算の調整が不要となり、工数低減が図れる。或いは、位相検出の調整が不要となり、メンテナンスコストの低減を図ることが出来る。或いは、位相検出の特性変化による転流失敗等がなくなり、安全性が向上する。 As described above, according to the present invention, intermittent control and complicated ignition phase detection calculation are not required, and the apparatus can be simplified. Alternatively, adjustment of the phase detection calculation at the time of installation trial operation or the like becomes unnecessary, and the man-hour can be reduced. Alternatively, adjustment of phase detection is not necessary, and maintenance costs can be reduced. Alternatively, the commutation failure due to the characteristic change of the phase detection is eliminated, and the safety is improved.
以下、本発明の実施例を図にもとづいて説明する。図1は本発明が適用される可変速揚水発電システムの一実施例である。図1において、可変速発電電動機1の1次巻線1aは、並列遮断器6,相反転断路器7を介して電力系統8に接続している。可変速発電電動機1の二次巻線1bは、励磁制御装置3により制御される励磁用周波数変換器2と励磁用変圧器9,励磁用遮断器10を介して電力系統8に接続され、励磁用周波数変換器2は可変速発電電動機1の二次巻線1bに3相交流電力を供給する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a variable speed pumped storage power generation system to which the present invention is applied. In FIG. 1, the
一方、可変速発電電動機1の一次巻線1aは、始動用断路器11,12、始動用遮断器13を介して始動制御装置5により制御される始動用周波数変換器4に接続される。始動用周波数変換器4は、サイリスタコンバータ(あるいは始動用周波数変換器のコンバータと称す。以下同様)4aとサイリスタインバータ(あるいは始動用周波数変換器のコンバータと称す。以下同様)4bと直流リアクトル4cから構成されており、始動用変圧器
14,始動用入力側遮断器16を介して電力系統8に接続する。始動用周波数変換器4は、並列遮断器6が開放されている状態で、可変速発電電動機1の一次巻線1aに交流電力を供給し、可変速発電電動機1を始動する。
On the other hand, the
ここでは、始動初期の低回転領域では、発電電動機1の誘起電圧が低く、サイリスタインバータ4bが転流できないため、インバータ4bの点弧タイミングに合わせてコンバータ4aをゲートシフトして電流を零に絞り、その後再び通流することによって転流する、断続制御が行われており、また、発電電動機1の誘起電圧が低い領域では、インバータ
4bを点弧するための電圧位相が検出できないため、励磁制御装置3で、レゾルバ15により検出される回転子の機械的位置と励磁位相からインバータ4bが点弧すべき位相を演算して始動制御装置5に出力し、これによりインバータ4bが点弧されるものに対し、始動初期の複雑な断続制御と、位相検出演算を省略することが望ましい。以下にその具体的構成を説明する。
Here, since the induced voltage of the generator motor 1 is low and the
可変速発電電動機1は、一次巻線1aを短絡し励磁用周波数変換器2から所定周波数の交流電力を供給すると、誘導トルクが発生し回転する。ただし、この場合、系統周波数付近まで回転を上げるには、励磁用周波数変換器2の容量が大きくなってしまうことと、揚水発電所には他の同期機を始動するため始動用周波数変換器4が必要なため、始動用周波数変換器4をなくすことができないことから、この始動方法は一般的ではない。しかし、系統周波数付近までは加速できないが、始動装置の断続制御や位置検出演算が不必要な回転まで始動することはできるので、この始動方法により断続制御と位相検出演算を省略することができる。
When the variable speed generator-motor 1 short-circuits the
以下に第1の実施例に係る始動方法を具体的に説明する(特に、本願の請求項1に関係する)。図1において、まず可変速発電電動機1の一次巻線1aを短絡するための三相短絡用断路器17を閉じ、励磁用周波数変換器2より可変速発電電動機1の二次巻線1bを直流励磁する。次に、励磁周波数を徐々に上げていくと、可変速発電電動機1は誘導トルクにより回転を始める。この方法で断続制御が不要な回転数、たとえば8Hz程度まで加速したら、一度励磁用周波数変換器2の出力を止め、三相短絡用断路器17を開くとともに始動用断路器11,12、始動用遮断器13を閉じ、再び励磁用周波数変換器2により直流または一定の低周波数の交流で励磁し、始動用周波数変換器4を運転する。この後は始動用周波数変換器4により、可変速発電電動機1が電力系統に並列できる速度まで加速できる。なお、切替速度は、回路切替中に速度が低下する分を考慮して決める必要がある。また、切替えの回路操作や励磁停止,再励磁の操作は極力速く行う必要がある。
The starting method according to the first embodiment will be specifically described below (particularly related to claim 1 of the present application). In FIG. 1, first, the three-phase
次に第2の実施例に係る始動方法を説明する(特に、請求項5に関係する)。三相短絡用断路器17がない場合に、始動用周波数変換器4を使って、可変速発電電動機1の一次巻線1aを短絡状態にする方法である。図1において、まず始動用遮断器13,始動用断路器11,12を閉じ、始動装置入力遮断器16を開いた状態で、始動用周波数変換器4のコンバータ(変換器)4a,インバータ(逆変換器)4bの全素子を連続で点弧する。これで、可変速発電電動機1の一次巻線1aは、直流リアクトル4cを介して短絡された状態となる。この状態で、励磁用周波数変換器2より、可変速発電電動機1の二次巻線
1bを直流励磁する。次に、励磁周波数を徐々に上げていくと、可変速発電電動機1は誘導トルクにより回転を始める。この方法で断続制御が不要な回転数、たとえば8Hz程度まで加速したら、一度励磁用周波数変換器2の出力を止め、始動用周波数変換器4の点弧を止める。電流が零になったら、始動装置入力遮断器16を閉じ、再び励磁用周波数変換器2により直流または一定の低周波数の交流で励磁し、始動用周波数変換器4を通常運転する。この後は始動用周波数変換器4により、可変速発電電動機1が電力系統に並列できる速度まで加速できる。なお、切替速度は、回路切替中に速度が低下する分を考慮して決める必要があるが、この方法では断路器,遮断器の操作がないので、第1の実施例の方法より短時間で切替えができる。このように始動することによって、従来始動初期に必要であった断続制御と複雑な点弧位相検出演算が不要となり、始動制御装置5と励磁制御装置3の簡素化が図ることができる。
Next, a starting method according to the second embodiment will be described (particularly related to claim 5). This is a method in which the
このように、本実施例によれば、従来始動初期に必要であった断続制御と複雑な点弧位相検出演算が不要となり、始動制御装置5と励磁制御装置3の簡素化が図ることができ、据付試運転時等における位相検出演算の調整が不要となり、工数低減が図れる。また、発電電動機のメンテナンス時にも、従来必要であった位相検出の調整が不要となり、メンテナンスコストの低減も図ることが出来る。さらに、位相検出の特性変化による転流失敗等がなくなり、安全性も向上する。
As described above, according to the present embodiment, the intermittent control and the complicated ignition phase detection calculation that are conventionally required at the beginning of the start are not required, and the start control device 5 and the
1…可変速発電電動機、1a…可変速発電電動機の一次巻線、lb…可変速発電電動機の回転子および二次巻線、2…励磁用周波数変換器、3…励磁制御装置、4…始動用周波数変換器、4a…始動用周波数変換器のコンバータ、4b…始動用周波数変換器のインバータ、4c…始動用周波数変換器の直流リアクトル、5…始動制御装置、6…並列遮断器、7…相反転断路器、8…電力系統、9…励磁用変圧器、10…励磁用遮断器、11…始動用断路器(発電機側)、12…始動用断路器(始動装置側)、13…始動用遮断器、
14…始動用変圧器、15…レゾルバ、16…始動装置入力遮断器、17…三相短絡用断路器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Variable speed generator motor, 1a ... Primary winding of variable speed generator motor, lb ... Rotor and secondary winding of variable speed generator motor, 2 ... Frequency converter for excitation, 3 ... Excitation control device, 4 ... Start Frequency converter for use, 4a ... Converter for start-up frequency converter, 4b ... Inverter for start-up frequency converter, 4c ... DC reactor for start-up frequency converter, 5 ... Start control device, 6 ... Parallel breaker, 7 ... Phase reversal disconnector, 8 ... Power system, 9 ... Excitation transformer, 10 ... Excitation breaker, 11 ... Start disconnector (generator side), 12 ... Start disconnector (starter side), 13 ... Circuit breaker for starting,
14 ... Starter transformer, 15 ... Resolver, 16 ... Starter input circuit breaker, 17 ... Three-phase short-circuit disconnector.
Claims (10)
In the control device for a variable speed generator motor that controls the power supplied to the primary winding and the secondary winding of the variable speed generator motor to start the variable speed generator motor, the power is supplied to the primary winding of the variable speed generator motor. A frequency converter to supply, disconnecting the primary winding of the variable speed generator motor from the power system, and continuously igniting a plurality of elements of the variable speed generator motor, the primary of the variable speed generator motor The variable speed generator motor is started by supplying predetermined power from the frequency converter to the secondary winding of the variable speed generator motor in a state where the windings are three-phase short-circuited. When the predetermined rotation is reached, the ignition of the frequency converter is stopped and the excitation to the secondary winding of the variable speed generator motor is stopped, and then the secondary winding of the variable speed generator motor is excited. DC or constant A variable speed generator-motor, which is re-excited by a three-phase AC frequency and starts the variable-speed generator motor by supplying electric power of a predetermined frequency from the frequency converter to the primary winding of the variable-speed generator motor Control device.
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